Von der Theorie zur Praxis

Die Normenlage ist also in der Theorie eindeutig. In der Praxis stellt sich jedoch die Frage, ob sich mit diesem Normengerüst eine MRK sicher umsetzen lässt. Um Lösungswege aufzuzeigen, wurde das internationale Normengremium ISO/TC 184/SC2 WG3 beauftragt, die Technische Spezifikation ISO/TS 15066 "Robots and Robotic Devices – Collaborative industrial robots" zu erarbeiten. An deren Ausgestaltung sind neben Prüfstellen (Notified Bodys, wie BG) auch Roboterhersteller, Integratoren und Automatisierungsunternehmen wie Pilz aktiv beteiligt. Ziel der Spezifikation ist es letztlich, Lösungen zu einer sicheren Mensch- Roboter-Kollaboration im industriellen Umfeld zu konkretisieren.

Im Anhang der Technischen Spezifikation (TS) wurde ein Körperzonenmodell festgelegt. Das Modell definiert in den entsprechenden Körperzonen – zum Beispiel am Kopf, an der Hand, am Arm oder am Bein – Punkte mit Angaben zur jeweiligen Schwelle, die den Beginn der Schmerzgrenze markiert. Bleibt die Anwendung während einer Begegnung zwischen Mensch und Roboter innerhalb dieser Grenzen, so ist sie normenkonform. Nach der Veröffentlichung von ISO/TS 15066 lassen sich diese Schmerzschwellenwerte als Validierung zur sicheren MRK heranziehen.

Die Grenzwerte wurden zum Beispiel durch das Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (IFA) auf der Basis von Literaturstudien und punktuellen Laborversuchen ermittelt. Zur Validierung dieser Grenzwerte führt die Universitätsmedizin der Johannes-Gutenberg-Universität Mainz in Kooperation mit dem IFA derzeit das DGUV-Forschungsvorhaben FP 317 "Ermittlung eines Schmerzschwellenkatasters des Menschen" durch.

Momentan hat die Technische Spezifikation noch den Status eines Entwurfs, Committee Draft genannt. Als Roadmap ist als ISO Stage 60.60 eine Veröffentlichung Ende 2015 geplant.

Die erste Sicherheitsnorm, die sich mit dem direkten Kontakt zwischen Mensch und Roboter im nichtindustriellen Robotik-Bereich auseinandersetzt, ist ISO 13482 (Robots and robotic devices – Safety requirements for personal care robots). Sie wurde als C-Norm in der internationalen Normenarbeitsgruppe ISO/TC 184/SC2 WG 7 erarbeitet und als ISO-Fassung am 1. Februar 2014 veröffentlicht.

Schritte zur sicheren Roboter-Applikation

Bei der Umsetzung der normativen Vorgaben bedeutet die Einstufung als Maschine im Sinne der Maschinenrichtlinie, dass für Roboterzellen das Konformitätsbewertungsverfahren Schritt für Schritt zu durchlaufen ist. In diesem Zusammenhang gilt es zu beachten, dass der Roboter an sich nur eine unvollständige Maschine darstellt; erst durch Greifer beziehungsweise das für die jeweilige Applikation notwendige Werkzeug erhält der Roboter einen bestimmten Zweck und muss als vollständige Maschine betrachtet werden. Das bedeutet aber auch: Der Integrator oder Anwender wird zum Hersteller der Maschine und ist für die sicherheitstechnische Überprüfung inklusive CE-Kennzeichnung verantwortlich.

Einer der wichtigsten Punkte auf dem Weg zur sicheren Roboterapplikation ist das Erstellen einer Risikoanalyse gemäß EN ISO 12100. Zu den Inhalten der Risikoanalyse zählen die Ermittlung der geltenden harmonisierten Normen und Vorschriften, die Bestimmung der Grenzen der Maschine, die Ermittlung sämtlicher Gefahren innerhalb jeder Lebensphase, die eigentliche Risikoeinschätzung und -beurteilung sowie die empfohlene Herangehensweise zur Reduzierung des Risikos.

Die Herausforderung der Risikobeurteilung bei MRK besteht im Verschwimmen der Grenzen der beiden Arbeitsbereiche von Mensch und Maschine. Im Gegensatz zum Roboter sind die Bewegungen des Menschen nicht immer kalkulierbar mit Blick auf Geschwindigkeit, Reflexe oder plötzlichen Zutritt zusätzlicher Personen. Momentan wird diesem Problem pragmatisch durch die Verwendung von Robotern begegnet, die mit wenig Kraft und langsamer Geschwindigkeit arbeiten, sowie mit dem Einsatz von Sicherheitstechnik, die direkt am Roboter (zum Beispiel taktile Sensorik) oder im Arbeitsbereich installiert ist. Bei kräftigen, schnellen Robotern sind häufig nach wie vor trennende Schutzeinrichtungen notwendig.

Auf Basis der Risikoanalyse folgen die Schritte Sicherheitskonzept und Sicherheitsdesign inklusive Auswahl der Komponenten. Mit den aus Risikoanalyse und Sicherheitskonzept gewonnenen Ergebnissen werden schließlich die ausgewählten Sicherheitsmaßnahmen in der Risikobeurteilung dokumentiert und im Schritt Systemintegration umgesetzt. Was jetzt noch folgt, ist die Validierung, in der es die vorangegangenen Schritte nochmals zu reflektieren gilt: Sind die Schutzmaßnahmen korrekt umgesetzt? Wurde das Sicherheitskonzept im Zusammenhang mit der Maschinensteuerung richtig konzipiert und nach den Sicherheitsbestimmungen umgesetzt? Zusätzliche Hilfestellung bei Roboterapplikationen bieten dabei die Checklisten der EN ISO 10218-2. Abschließend bestätigt der Integrator mit der Anbringung der CE-Kennzeichnung, dass die Roboterzelle mit ihren zugesicherten Eigenschaften bei bestimmungsgemäßer Verwendung allen gesetzlichen Anforderungen der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG und Auflagen entspricht.

Die Wahl der geeigneten Safety-Komponenten

Am Markt ist eine Vielzahl von Robotersystemen für unterschiedliche Einsatzgebiete verfügbar. Diese sind zwar die Ausgangsbasis einer sicheren Roboterapplikation, doch bedarf es für sichere MRK immer zusätzlicher Komponenten und Systeme.